遗传学应用论文（8篇核心期刊范文）之第三篇
摘要：胆管癌是一种起源于胆管上皮细胞的罕见恶性肿瘤, 近年来其发病率逐年上升。胆管癌因其发生、发展隐匿, 症状及体征出现晚, 常在疾病晚期才得以诊断。根治性手术切除是唯一可能治愈胆管癌的方法, 但是临床上至少有1/3的患者在初次诊断时就已经失去手术机会。因此, 临床上急需能够早期发现、早期诊断胆管癌的检测手段。肿瘤的生物标志物作为重要的临床指标, 对肿瘤的早期诊断、治疗选择和预后判断均有重要意义。目前, 胆管癌相关的生物标志物研究有新的进展, 本文将从基因突变以及表观遗传改变等遗传学角度出发, 归纳总结胆管癌相关肿瘤标志物的研究进展和临床应用。
关键词：遗传学应用,分子生物学,遗传标记,DNA突变分析,表观基因组
胆管癌是一种起源于胆管上皮细胞的罕见恶性肿瘤, 近10年来其发病率增加近20%[1]。根据解剖部位不同, 胆管癌可分为肝内胆管癌、肝门部胆管癌和远端胆管癌, 后两者统称为肝外胆管癌。胆管癌因其发生、发展隐匿, 症状及体征出现晚, 常在疾病晚期才得以诊断。根治性手术切除是唯一可能治愈胆管癌的方法。肝内胆管癌、肝门部胆管癌和远端胆管癌根治性手术后的5年生存率分别为22%~44%、11%~41%和27%~37%[2]。而对于晚期进展期胆管癌失去手术治疗机会的患者, 由于缺乏有效的化疗或靶向治疗等治疗手段, 其中位生存期不足1年[3]。
临床上至少有1/3的患者在初次诊断时就已经失去手术机会[2,4]。因此, 临床上急需能够早期发现、早期诊断胆管癌的检测手段。肿瘤的生物标志物对肿瘤的早期诊断、治疗选择和预后判断均有重要意义。但目前常用的CA19-9、CEA等指标特异性不高, 仅具有参考意义。随着胆管癌发生、发展的遗传学、分子生物学的研究深入, 对胆管癌相关的生物标志物的研究有新的进展。目前常见的胆管癌相关的肿瘤标志物包括癌基因相关、抑癌基因相关、表观遗传改变以及肿瘤相关抗原等。本文将从基因突变以及表观遗传改变等遗传学角度出发, 归纳总结胆管癌相关肿瘤标志物的研究进展和临床应用。
一、基因突变
由于危险因素、病理类型等方面的多样性, 胆管癌具有显着的遗传异质性。Zou等[5]通过外显子组测序技术对102例肝内胆管癌患者进行基因检测, 发现胆管癌患者的体细胞突变基因存在巨大的差异性, 致病基因突变缺乏特异性, 仅有少数基因突变在胆管癌患者中高发。根据癌症体细胞突变数据库 (Catalogue of Somatic Mutations in Cancer, COSMIC) 显示, 约33%的胆管癌患者携带Tumor protein p53 (TP53) 基因突变, 另外超过10%的突变基因为AT-rich interaction domaincontaining protein 1A (ARID1A) 、Titin (TTN) 和v-Kiras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog (KRAS) [6]。虽然如此, 随着越来越多大规模的基因测序分析研究, 人们发现基因表型与临床病因、疾病亚型以及预后情况都有重要的相关性, 是重要的生物标志物。比如肝吸虫相关的胆管癌患者中携带TP53基因突变更多, 而非肝吸虫相关的胆管癌患者中更多的是携带Brca1-associated protein 1 (BAP1) , Isocitrate dehydrogenase 1/2 (IDH1/2) 基因突变[7]。Telomerase reverse transcriptase (TERT) 和Polybromo 1 (PBRM1) 基因突变在慢性肝炎相关的胆管癌患者中更多见, 而KRAS、IDH1/2更多地在非慢性肝炎相关胆管癌患者中出现[8]。肝内胆管癌多为BAP1和IDH1/2基因突变, 而肝外胆管癌更多见KRAS和TP53基因突变[9]。Fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) 融合基因在肝内胆管癌中多见, 而在肝外胆管癌患者中则极少出现[10]。因此, 结合患者的基因学生物标志物, 可以对胆管癌进行更加精准的分子分型, 为将来可能的精准医疗奠定基础, 从而改善疾病预后。
1.TP53基因:TP53基因作为转录因子之一, 与细胞应激反应相关。其编码的蛋白可与DNA结合从而调节其他基因的表达, 促进细胞周期停滞、细胞凋亡、DNA修复等。TP53是最重要的抑癌基因之一, 超过50%的肿瘤患者都发生了TP53基因突变[11]。Zou等[5]在102例胆管癌患者中发现39例发生TP53基因突变, 约占38.2%。但是Chan-on等[7]和Jiao等[12]报道的突变比例在6%~10%, 这种显着的差异可能与胆管癌的危险因素相关, 比如肝吸虫感染环境影响。同时, TP53基因突变与胆管癌患者的生存时间密切相关, 有TP53基因突变的患者预后更差, 生存时间更短。因此, TP53还可作为判断疾病预后的生物标志物。
2.KRAS基因:KRAS基因属于RAS基因家族, 可编码具有GTP酶活性的P21蛋白, 与下游的Raf/MEK/ERK及MAPK等构成了经典的酪氨酸激酶信号通路, 对细胞的增殖、分化、迁移和凋亡等起到重要调节作用[13,14]。KRAS基因突变导致P21蛋白结构与功能异常, 可持续激活下游通路, 引起细胞过度增殖, 最终导致癌变。胆管癌KRAS基因突变率在不同研究报道中略有不同。Churi等[15]对75例胆管癌进行基因芯片检测, 发现在肝内胆管癌患者中约24%存在KRAS突变, 而肝外胆管癌患者中约40%存在KRAS突变。Zou等[5]则报道在肝内胆管癌中约16.7%存在KRAS突变。KRAS突变与胆管癌局部浸润以及淋巴结转移相关, 有KRAS突变患者的中位生存期明显短于无突变患者[16,17]。因此, KRAS基因突变可能是一个判断胆管癌预后的独立指标。
3.ARID1A基因:ARID1A基因所编码的蛋白是染色质重塑复合物SWI/SNF的组成之一, 与细胞增殖、分化及DNA修复等多种细胞活动相关, 是一种重要的抑癌基因[18]。近年来, 随着大规模的基因组测序技术的应用, ARID1A基因与胆管癌的关系已逐渐被认识。Sasaki等[19]发现约14%胆管癌患者肿瘤组织中存在ARID1A基因表达缺失, 这些患者在临床和组织病理上有独特的特征。ARID1A基因表达缺失在女性患者中更多见, 肿瘤的大体类型上多为肿块型和平坦浸润型, 而ARID1A基因表达缺失的胆管癌病理类型全部表现为管状腺癌。这种单一的病理表现, 提示ARID1A基因突变相关的胆管癌是一种特殊的胆管癌亚型, 可能存在不同的发病机制。不仅如此, Yang等[20]发现低ARID1A基因表达还与肝内胆管癌的肿瘤结节数量、静脉侵犯情况和肿瘤复发相关, 患者的总体生存率与ARID1A表达量呈负相关。因此, ARID1A基因还可作为一种潜在的预后相关生物标志物。
二、表观遗传改变以及微小RNA (mi RNA) 作用
表观遗传学是指DNA或者组蛋白的获得性改变, 比如DNA甲基化和组蛋白修饰, 而非DNA序列的改变, 可调节下游基因的表达[21]。衰老、慢性炎症等均可以导致细胞表观遗传学的改变。而异常的DNA甲基化或者组蛋白修饰可导致抑癌基因丧失功能或者引起染色体不稳定, 从而导致肿瘤的发生[22]。mi RNA是一种约含22个核苷酸的非编码RNA, 可以内源性的抑制目标基因的表达。mi RNA具有组织特异性, 对细胞的增殖、凋亡、分化以及肿瘤形成都有重要的调节作用[23]。目前已发现多个甲基化相关基因以及基因甲基化异常或者mi RNA异常与胆管癌相关, 可能作为新的生物标志物, 并对胆管癌的预后和治疗有一定指导作用。
1.IDH基因:作为基因组表观遗传水平的重要调节元件, IDH基因突变可以改变基因组的甲基化水平, 导致基因转录组的改变, 进而影响细胞分化等[24]。15%~22%的肝内胆管癌患者有IDH1和IDH2基因突变, 并且存在IDH1/2突变的肿瘤组织分化更差, 这些患者的3年生存率明显小于非突变患者 (33%vs 81%) [25,26]。
2.mut L Homolog 1 (MLH1) 基因:Limpaiboon等[27]发现约44.6%的肝内胆管癌患者存在DNA错配修复蛋白MLH1基因启动子区的高甲基化改变。
3.Death Associated Protein Kinase 1 (DAPK) 基因:Liu等[28]发现在约30.6%的胆管癌组织中存在DAPK基因的高甲基化, 并且在这些高甲基化的组织中, DAPK蛋白的表达被明显的抑制。而DAPK基因的表达抑制可以增加肿瘤细胞对凋亡和免疫监视的抵抗能力。同时, 如果DAPK基因的高甲基化合并有TP53基因突变, 可能预示着恶性程度更高, 预后更差[29]。
mi RNA和DNA甲基化水平存在密切关系。Braconi等[30]发现mi R-148a和mi R-152可调节DNA甲基转移酶1 (DNA methyltransferase 1, DNMT1) 基因的表达, 从而影响基因组的甲基化水平。同时mi RNAs也受到DNA甲基化的调节。在胆管癌细胞中, 高白介素6所致DNA高甲基化可导致mi R-370表达明显减少[31]。mi R-370作为一种抑癌mi RNA, 其低表达可促进肿瘤形成。mi RNAs可选择性的调节肿瘤相关基因的表达, 与肿瘤分级、血管侵犯、淋巴结转移以及生存期相关[32,33], 既可作为预后相关的生物标志物, 也是基因治疗等新型靶向治疗的研究热点。
三、长链非编码RNA (long non-coding RNA, lnc RNA) 的作用
lnc RNA是一种长度大于200个核苷酸的非编码RNA, 参与细胞内多种过程调控如RNA剪切、染色质重构等, 与肿瘤的发生、发展以及肿瘤的药物抗性等都有密切的关系[34,35]。近年来, lnc RNA与胆管癌的关系成为新的研究热点, 并且越来越多的研究表明, lnc RNA是胆管癌重要的生物标志物。Prostate cancer-associated transcript 1 (PCAT-1) 最早在前列腺癌组织中发现, 与前列腺癌、食管癌等多种肿瘤的分期和预后相关[36,37]。Zhang等[38]发现在肝外胆管癌患者的癌组织中PCAT-1也存在高表达, 并且通过下调PCAT-1的表达, 可抑制肿瘤细胞生长和迁移, 并促进其凋亡。因此, PCAT-1可作为肝外胆管癌的潜在治疗靶点。Actin filament associated protein 1 antisense RNA1 (AFAP1-AS1) 是重要的肿瘤相关lnc RNA, 在食管腺癌、肝细胞癌、胰腺导管腺癌以及鼻咽癌中均有高表达。Lu等[39]发现AFAP1-AS1与胆管癌患者的肿瘤大小、血管侵犯、临床分期以及总生存率相关, 其过表达提示肿瘤恶性程度高, 可作为预后不良的生物标志物。随着lnc RNA的研究深入, lnc RNA必将成为胆管癌的重要生物标志物, 对肿瘤的分期、预后判断和治疗起到重要的指导意义。
小结
胆管癌由于其发病隐匿, 症状出现晚, 临床上难以早期诊断, 疾病预后较差。生物标志物作为疾病诊断的重要指标, 对胆管癌的早期诊断、疾病分型以及预后判断都有重要的意义 (表1) 。随着遗传学研究手段的更新, 人们对胆管癌的分子遗传学发生机制以及遗传学相关的生物标志物有了更深入的认识。遗传学相关的生物标志物的确认可以辅助胆管癌的精准分型, 对病因、病理类型以及预后都有一定提示意义, 为将来精准靶向治疗奠定理论基础。
参考文献
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